一、翻译环境和运行环境
在ANSI C的任何一种实现中,存在两个不同的环境。
🍊● 第1种是翻译环境,在这个环境中源代码被转换为可执行的机器指令(二进制指令)。
🍊● 第2种是执行环境,它用于实际执行代码。
🍋🍋翻译环境所依赖的工具就是VS编译器,集成开发环境里就集编译链接于一身。而运行环境一般指的就是操作系统。C语言的源代码经过翻译环境生成一个可执行的程序文件(.exe),然后由运行环境,即操作系统来执行这个文件。
二、翻译环境
那翻译环境是怎么将源代码转换为可执行的机器指令的呢?下面展开讲解一下翻译环境所做的事情。
🍅其实翻译环境是由编译和链接两个大的过程组成的,而编译又可以分解成:预处理(有些书也叫预编译)、编译、汇编三个过程。下图为Windows环境下的编译链接过程:
如果再把编译器展开成3个过程,那就变成了下面的过程:
1.预处理(预编译)
🥥在预处理阶段,源文件和头文件会被处理成为.i为后缀的文件。
在gcc环境下想观察一下预处理这个过程,对test.c文件经过预处理后得到.i文件,命令如下:
预处理阶段主要处理那些源文件中以#开始的预编译指令。比如:#include,#define,处理的规则如下:
🍏将所有的 #define 删除,并展开所有的宏定义。
🍏处理所有的条件编译指令,如:#if、#ifdef、#elif、#else、#endif。
🍏处理#include 预编译指令,将包含的头文件的内容插入到该预编译指令的位置。这个过程是递归进行的,也就是说被包含的头文件也可能包含其他文件。
🍏删除所有的注释。
🍏添加行号和文件名标识,方便后续编译器生成调试信息等。
🍏或保留所有的#pragma的编译器指令,编译器后续会使用。
经过预处理后的.i文件中不再包含宏定义,因为宏已经被展开。并且包含的头文件都被插入到.i文件中。所以当我们无法知道宏定义或者头文件是否包含正确的时候,可以查看预处理后的.i文件来确认。
2.编译
编译过程就是将预处理后的文件进行一系列的:词法分析、语法分析、语义分析及优化,经过编译会将C语言代码生成相应的汇编代码。
编译过程的命令如下:
gcc -S test.i -o test.s
对下面代码进行编译的时候,会怎么做呢?假设有下面的代码:
array[index] = (index+4)*(2+6);
Ⅰ.词法分析
将源代码程序输入扫描器,扫描器的任务就是简单的进行词法分析,把代码中的字符分割成一系列的记号(关键字、标识符、字面量、特殊字符等)。
上面程序进行词法分析后得到了16个记号:
Ⅱ.语法分析
接下来是语法分析器,将对扫描产生的记号进行语法分析,从而产生语法树。这些语法树是以表达式为节点的树。
Ⅲ.语义分析
由语义分析器来完成语义分析,即对表达式的语法层面分析。编译器所能做的分析是语义的静态分析。静态语义分析通常包括声明和类型的匹配,类型的转换等。这个阶段会报告错误的语法信息。
3.汇编
🧀🧀🧀汇编器是将汇编代码转变成机器可执行的指令,每一个汇编语句几乎都对应一条机器指令。就是根据汇编指令和机器指令的对照表一一的进行翻译,也不做指令优化。(机器指令就是二进制指令)
汇编的命令如下:(gcc环境下)
gcc -c test.s -o test.o
4.链接
三、运行环境